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Mixed-integer NMPC for real-time supervisory energy management control in residential buildings
(2023)
In recent years, building energy supply and distribution systems have become more complex, with an increasing number of energy generators, stores, flows, and possible combinations of operating modes. This poses challenges for supervisory control, especially when balancing the conflicting goals of maximizing comfort while minimizing costs and emissions to contribute to global climate protection objectives. Mixed-integer nonlinear model predictive control is a promising approach for intelligent real-time control that is able to properly address the specific characteristics and restrictions of building energy systems. We present a strategy that utilizes a decomposition approach, combining partial outer convexification with the Switch-Cost Aware Rounding procedure to handle switching behavior and operating time constraints of building components in real-time. The efficacy is demonstrated through practical applications in a single-family home with a combined heat and power unit and in a multi-family apartment complex with 18 residential units. Simulation studies show high correspondence to globally optimal solutions with significant cost savings potential of around 19%.
Die Flexibilitätsanforderungen des Marktes werden zu einer Dezentralisierung von Unternehmensbereichen führen. Eigenständigen, teilautonomen Einheiten gehört die Zukunft. Diese Entwicklung hat für die PPS eine erhöhte Informationsdichte zur Folge, auf die mit individuellen Feinsteuerungskonzepten und zusätzlichen Steuerungsparametern reagiert werden muss. Die Art und Weise der Datenverarbeitung ist dementsprechend zu modifizieren.
Die Marktentwicklung zu kleineren Losgrößen mit zunehmender Variantenvielfalt stellt gerade an einen Programmfertiger erhebliche Anfordungen, um immer das richtige Lieferspektrum in seinem Fertigwarenlager bereitzuhalten. Die einfachste Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht in einer hochflexiblen Produktion, bei der die nachgefragten Artikel in der Kundenausführung sofort nach Auftragseingang gefertigt werden. In der Praxis entstehen aber erhebliche Rückstände, weil keine unbegrenzte Kapazität zur Erledigung dieses Aufgabenberges vorhanden wäre.